Amikor a mobil-bázis kapcsolatokat nem lehet pontosan koordinálni, különösen a készülékek mobilitása miatt, más megközelítésre van szükség. Mivel matematikailag nem lehetséges olyan aláírási szekvenciákat létrehozni, amelyek egyrészt ortogonálisak tetszőlegesen véletlenszerű kiindulási pontokhoz, másrészt teljes mértékben kihasználják a kódteret, az aszinkron CDMA-rendszerekben egyedi “pszeudo-véletlen” vagy “pszeudo-zaj” szekvenciákat, úgynevezett szórási szekvenciákat használnak. A szórási szekvencia olyan bináris szekvencia, amely véletlenszerűnek tűnik, de a tervezett vevők által determinisztikus módon reprodukálható. Ezeket a szórási szekvenciákat a felhasználói jel kódolására és dekódolására használják az aszinkron CDMA-ban ugyanúgy, mint az ortogonális kódokat a szinkron CDMA-ban (a fenti példában látható). Ezek a szórási szekvenciák statisztikailag korrelálatlanok, és a nagyszámú szórási szekvencia összege többszörös hozzáférési interferenciát (MAI) eredményez, amelyet egy Gauss-féle zajfolyamat közelít (a statisztika központi határértéktételét követve). Az aranykódok egy példa az erre a célra alkalmas szórási szekvenciára, mivel a kódok között alacsony a korreláció. Ha minden felhasználót azonos teljesítményszinttel fogadnak, akkor a MAI varianciája (pl. a zajteljesítmény) a felhasználók számával egyenes arányban nő. Más szóval, ellentétben a szinkron CDMA-val, a többi felhasználó jelei zajként jelennek meg a kívánt jelhez képest, és a felhasználók számával arányosan kismértékben zavarják a kívánt jelet.
A CDMA minden formája a szórási spektrum szórási tényezőjét használja, hogy a vevők részben megkülönböztethessék a nem kívánt jeleket. A meghatározott szórási szekvenciákkal kódolt jeleket fogadják, míg az eltérő szekvenciákkal (vagy azonos szekvenciákkal, de eltérő időbeli eltolással) rendelkező jelek a szórási tényezővel csökkentett szélessávú zajként jelennek meg.
Mivel minden felhasználó MAI-t generál, a CDMA adóknál fontos kérdés a jelerősség szabályozása. Egy CDM (szinkron CDMA), TDMA vagy FDMA vevő elméletileg teljesen el tudja utasítani a különböző kódokat, idősávokat vagy frekvenciacsatornákat használó tetszőlegesen erős jeleket ezen rendszerek ortogonalitása miatt. Ez nem igaz az aszinkron CDMA-ra; a nem kívánt jelek elutasítása csak részleges. Ha a nem kívánt jelek bármelyike vagy mindegyike sokkal erősebb, mint a kívánt jel, akkor elnyomják azt. Ez ahhoz az általános követelményhez vezet, hogy minden aszinkron CDMA-rendszerben a különböző jelteljesítményszintek megközelítőleg egyezzenek meg a vevőkészülékben. A CDMA cellás rendszerben a bázisállomás egy gyors, zárt hurkú teljesítményszabályozási sémát használ az egyes mobilok adóteljesítményének szigorú szabályozására.
Az aszinkron CDMA előnyei más technikákkal szembenSzerkesztés
A rögzített frekvenciaspektrum hatékony gyakorlati kihasználásaSzerkesztés
A CDMA, a TDMA és az FDMA elméletben pontosan azonos spektrális hatékonysággal rendelkezik, de a gyakorlatban mindegyiknek megvannak a maga kihívásai – CDMA esetében a teljesítményszabályozás, TDMA esetében az időzítés, FDMA esetében a frekvencia előállítása/szűrése.
A TDMA rendszereknek gondosan szinkronizálniuk kell az összes felhasználó adásidejét, hogy azok a megfelelő idősávban érkezzenek, és ne okozzanak interferenciát. Mivel ezt mobil környezetben nem lehet tökéletesen ellenőrizni, minden egyes idősávnak rendelkeznie kell egy védőidővel, ami csökkenti a felhasználók interferenciájának valószínűségét, de csökkenti a spektrális hatékonyságot.
Az FDMA-rendszereknek hasonlóan védősávot kell használniuk a szomszédos csatornák között, a jelspektrumnak a felhasználók mobilitása miatti kiszámíthatatlan Doppler-eltolódása miatt. A védősávok csökkentik a szomszédos csatornák interferenciájának valószínűségét, de csökkentik a spektrum kihasználtságát.
Az erőforrások rugalmas elosztásaSzerkesztés
Az aszinkron CDMA egyik legfontosabb előnye az erőforrások rugalmas elosztása, azaz a szórási szekvenciák aktív felhasználóknak történő kiosztása. A CDM (szinkron CDMA), a TDMA és az FDMA esetében az egyidejű ortogonális kódok, az időrések és a frekvenciarések száma fix, ezért az egyidejű felhasználók számát tekintve a kapacitás korlátozott. A CDM, TDMA és FDMA rendszerekhez fix számú ortogonális kód, időhézag vagy frekvenciasáv rendelhető, amelyek a telefonálás és a csomagkapcsolt adatátvitel burst-jellege miatt kihasználatlanok maradnak. Az aszinkron CDMA rendszerben támogatható felhasználók számának nincs szigorú korlátja, csak egy gyakorlati korlát, amelyet a kívánt bithibavalószínűség szabályoz, mivel a SIR (jel-interferencia arány) fordítottan változik a felhasználók számával. Az aszinkron CDMA előnye a mobiltelefóniához hasonló tömény forgalmi környezetben az, hogy a teljesítmény (bit hibaarány) véletlenszerűen ingadozhat, és az átlagos értéket a felhasználók számának és a kihasználtsági százaléknak a szorzata határozza meg. Tegyük fel, hogy 2N felhasználó csak az idő felében beszél, akkor 2N felhasználó ugyanolyan átlagos bithibavalószínűséggel fogadható, mint N felhasználó, akik állandóan beszélnek. A legfontosabb különbség itt az, hogy az állandóan beszélő N felhasználó esetében a bithiba valószínűsége állandó, míg az állandóan beszélő 2N felhasználó esetében ez egy véletlenszerű mennyiség (ugyanazzal az átlaggal).
Más szóval, az aszinkron CDMA ideálisan alkalmas olyan mobilhálózatra, ahol nagyszámú adó egyenként viszonylag kis mennyiségű forgalmat generál szabálytalan időközönként. A CDM (szinkron CDMA), TDMA és FDMA rendszerek az egyes adókhoz rendelhető ortogonális kódok, idősávok vagy frekvenciacsatornák rögzített száma miatt nem tudják visszanyerni a burst forgalomban rejlő kihasználatlan erőforrásokat. Ha például egy TDMA-rendszerben N időrés van, és 2N felhasználó beszél az idő felében, akkor az idő felében több mint N felhasználónak több mint N időrést kell használnia. Ezenkívül jelentős többletköltséget igényelne az ortogonális kódú, az időslot- vagy frekvenciacsatorna-erőforrások folyamatos ki- és felosztása. Ehhez képest az aszinkron CDMA-adók egyszerűen csak küldenek, amikor van mondanivalójuk, és kikapcsolnak, amikor nincs, megtartva ugyanazt az aláírási sorrendet mindaddig, amíg a rendszerhez kapcsolódnak.
A CDMA szórt spektrumú jellemzőiSzerkesztés
A legtöbb modulációs séma megpróbálja minimalizálni a jel sávszélességét, mivel a sávszélesség korlátozott erőforrás. A szórt spektrumú technikák azonban olyan átviteli sávszélességet használnak, amely több nagyságrenddel nagyobb, mint a minimálisan szükséges jelsávszélesség. Ennek egyik kezdeti oka a katonai alkalmazások, köztük az irányítási és kommunikációs rendszerek voltak. Ezeket a rendszereket a biztonság és a zavarással szembeni ellenállás miatt tervezték szórt spektrummal. Az aszinkron CDMA bizonyos szintű adatvédelemmel rendelkezik, mivel a jelet pszeudo-véletlen kóddal terjesztik; ez a kód a szórt spektrumú jeleket véletlenszerűnek vagy zajszerű tulajdonságokkal rendelkezőnek tünteti fel. A vevő nem tudja demodulálni ezt az átvitelt az adatok kódolásához használt pszeudo-véletlen szekvencia ismerete nélkül. A CDMA ellenáll a zavarásnak is. Egy zavaró jelnek csak véges mennyiségű teljesítmény áll rendelkezésre a jel zavarásához. A zavaró vagy a jel teljes sávszélességére szét tudja teríteni az energiáját, vagy csak a teljes jel egy részét zavarja.
A CDMA a keskeny sávú interferenciát is hatékonyan képes visszaverni. Mivel a keskeny sávú interferencia a szórt spektrumú jelnek csak egy kis részét érinti, könnyen eltávolítható rovátkaszűréssel, nagy információveszteség nélkül. A konvolúciós kódolás és az interleaving segíthet az elveszett adatok visszanyerésében. A CDMA-jelek ellenállnak a többutas elhalványulásnak is. Mivel a szórt spektrumú jel nagy sávszélességet foglal el, ennek mindig csak egy kis része megy át a többutas elhalványuláson. A keskeny sávú interferenciához hasonlóan ez is csak kis adatveszteséget eredményez, és leküzdhető.
A CDMA azért is ellenáll a többutas interferenciának, mert a továbbított pszeudo-véletlen kódok késleltetett változatai rosszul korrelálnak az eredeti pszeudo-véletlen kóddal, és így egy másik felhasználónak tűnnek, amelyet a vevő figyelmen kívül hagy. Más szóval, amíg a többutas csatorna legalább egy chip késleltetést okoz, a többutas jelek úgy érkeznek a vevőhöz, hogy időben legalább egy chippel eltolódnak a tervezett jelhez képest. Az álvéletlen kódok korrelációs tulajdonságai olyanok, hogy ez a csekély késleltetés miatt a többutas jel a szándékolt jellel korrelálatlannak tűnik, és ezért figyelmen kívül hagyják.
Egyes CDMA-eszközök gereblyézett vevőt használnak, amely a többutas késleltetési komponenseket kihasználva javítja a rendszer teljesítményét. A gereblyevevő több korrelátorból származó információt kombinál, amelyek mindegyike más-más útvonal-késleltetésre van hangolva, így a jel erősebb változatát állítja elő, mint egy egyszerű vevő, amelynek egyetlen korrelációja a legerősebb jel útvonal-késleltetésére van hangolva.
A frekvencia újrafelhasználása az a képesség, hogy egy cellás rendszeren belül ugyanazt a rádiócsatorna frekvenciát más cellahelyeken újra lehessen használni. Az FDMA és TDMA rendszerekben a frekvenciatervezés fontos szempont. A különböző cellákban használt frekvenciákat gondosan meg kell tervezni, hogy a különböző cellákból érkező jelek ne zavarják egymást. A CDMA rendszerben minden cellában ugyanaz a frekvencia használható, mivel a csatornázás pszeudo-véletlen kódok segítségével történik. Az azonos frekvencia minden cellában történő újrafelhasználása kiküszöböli a CDMA-rendszerben a frekvenciatervezés szükségességét; azonban a különböző pszeudovéletlen szekvenciák tervezését el kell végezni annak biztosítására, hogy az egyik cellából érkező jel ne korreláljon egy közeli cella jelével.
Mivel a szomszédos cellák azonos frekvenciákat használnak, a CDMA-rendszerek képesek a puha átadás-átvételre. A puha átadás lehetővé teszi, hogy a mobiltelefon egyszerre két vagy több cellával kommunikáljon. Az átadás befejezéséig a legjobb jelminőség kerül kiválasztásra. Ez eltér a más cellás rendszerekben alkalmazott kemény átadás-átvételtől. Kemény átadási helyzetben, amikor a mobiltelefon közeledik az átadáshoz, a jelerősség hirtelen változhat. Ezzel szemben a CDMA-rendszerek a lágy átadást használják, amely nem észlelhető, és megbízhatóbb és jobb minőségű jelet biztosít.